Mikroskops [von *mikroskop- ], optisches Gerät, mit dem kleine, mit bloßem Auge (Linsenauge) nicht sichtbare Objekte vergrößert abgebildet und betrachtet werden können. Die Verwendung von sichtbarem Licht zur Bilderzeugung im Lichtmikroskop erlaubt – anders als beim Elektronenmikroskop und Rasterelektronenmikroskop – die Beobachtung lebender Objekte ohne störende Vorbehandlung, was das Lichtmikroskop zu einem der wichtigsten Arbeitsgeräte in vielen Bereichen der Biologie macht. Aufbau des Lichtmikroskops ( vgl. Abb. 1/1 ): Charakteristisch für das Mikroskop ist die Bilderzeugung in 2 Stufen (zusammengesetztes Mikroskop): ein dem betrachteten Objekt zugewandtes Linsensystem (Objektiv) entwirft in einer Zwischenbildebene in konstantem Abstand ein primär vergrößertes, umgekehrtes, reelles Objektabbild ( vgl. Abb. 1/2 ), das die Qualität des Endbildes bestimmt und durch ein zweites, dem Auge zugewandtes Linsensystem (Okular) wie durch eine Lupe so weit nachvergrößert wird, daß die kleinsten im Primärbild noch abgebildeten Strukturen dem Betrachter unter einem Sehwinkel von etwa 2' erscheinen (Auflösungsvermögen [Tab.]), was einer „deutlichen Sehweite“ des menschlichen Auges von 25 cm entspricht. Anstelle der visuellen Beobachtung kann das Endbild auch auf einer Photoplatte aufgefangen, auf eine Leinwand projiziert, über eine aufgesetzte Fernsehkamera auf einen Fernseh-Bildschirm übertragen oder digitalisiert der elektronischen Bildverarbeitung zugeführt werden. Die Gesamt-Vergrößerung entspricht dann dem Produkt aus primärer Objektiv- und sekundärer Okular- bzw. Projektionsvergrößerung. Beide Linsensysteme sind zum Schutz vor seitlichem Störlicht durch ein Rohr definierter Länge (Tubus) verbunden. Gewöhnlich erlaubt eine Drehscheibe mit mehreren Objektiven am unteren Tubusende (Objektivrevolver) den raschen Vergrößerungswechsel. Der Tubus und, in der Regel unter diesem angeordnet, ein Objekttisch mit zentraler Strahlendurchtrittsöffnung und ein zentrier- und höhenverstellbarer Beleuchtungsapparat sind an einem erschütterungssicheren Stativ befestigt. Zur Scharfeinstellung des Objekts sind Tubus und Objekttisch über einen kombinierten Grob- und Fein-Zahntrieb gegeneinander verstellbar. Der Beleuchtungsapparat besteht im einfachsten Fall lediglich aus einem Plan- oder Hohlspiegel zur Beleuchtung des Objekts durch Tages- oder Lampenlicht oder bei besser ausgestatteten Mikroskopen einer im Stativ fest eingebauten, möglichst punktförmigen Lichtquelle und einem lichtsammelnden Linsensystem (Kondensor), welches das Objekt in möglichst großer Leuchtdichte beleuchtet. Zum bequemeren Mikroskopieren kann der Strahlengang durch ein zwischengeschaltetes Prisma im Tubus abgeknickt (Schrägeinblick) und unter Umständen durch ein Strahlenteilungssystem aus einem halbdurchlässigen Spiegel und weiteren Prismen auf 2 Okulare verteilt werden (Binokulartubus), was eine beidäugige (aber nicht stereoskopische) Bildbetrachtung erlaubt (binokulares Sehen). Besonders Labor-Mikroskope sind meist mit einem in 2 Achsen verschiebbaren und drehbaren Kreuztisch zum leichteren Durchmustern von Präparaten ausgerüstet, ebenso mit einer speziellen Objekthalterung, und besitzen häufig einen Kondensor-Wechselrevolver mit verschiedenen Kondensoren für unterschiedliche Beleuchtungsarten. Vielfach gestattet ein Zwischenvergrößerungssystem zwischen Objektiv und Okular, anstelle eines umständlichen Okularwechsels wahlweise verschiedene Zwischenvergrößerungslinsen einzuschalten. Die betrachteten Objekte werden in der Regel auf einem Glasscheibchen (Objektträger) in den Strahlengang eingebracht, zur Schaffung einer ebenen Oberfläche von einem dünnen Deckglas (Dicke 0,17 mm) abgedeckt. – Abbildungsmethoden: Dünne, durchscheinende Objekte betrachtet man in durchfallendem Licht (Durchlichtmikroskop), während die Oberflächen undurchsichtiger Objekte durch das Objektiv beleuchtet und im Auflicht betrachtet werden (Auflichtmikroskop;Auflichtmikroskopie). Abgebildete Strukturen sind nur sichtbar, wenn sie sich kontrastreich durch Licht-Absorption aufgrund ihrer lokal unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeit oder Färbung von ihrer Umgebung abheben (Helligkeits- oder Farbkontrast in Amplitudenpräparaten). Die meisten lebenden Strukturen sind jedoch glasklar durchsichtig und erzeugen aufgrund ihrer physikalischen Dichte höchstens eine nicht sichtbare Phasenverschiebung zwischen Objekt- und Umgebungslicht. Bei solchen Präparaten läßt sich durch Eingriffe in den Strahlengang Kontrast erzeugen, so etwa durch die besonders zur Darstellung sehr kleiner Partikel geeignete Dunkelfeldmikroskopie, bei der die Objekte im Durch- oder Auflicht nur streifend unter einem solchen Winkel beleuchtet werden, daß nicht das das Objekt durchdringende oder von ihm reflektierte (Reflexion) Licht vom Objektiv aufgefangen wird – wie bei der Hellfeldmikroskopie –, sondern nur das Streulicht (Streuung), das vom Objekt ausgeht und dieses bei einem Verlust von Strukturdetails vor dunklem Hintergrund hell aufleuchten läßt wie Staubpartikel in einem selbst nicht sichtbaren Lichtstrahl (Tyndall-Effekt). Andere optische Kontrastierungsverfahren beruhen auf der dichteabhängigen Phasenverschiebung des Lichts im Objekt, so die Phasenkontrastmikroskopie, Interferenzmikroskopie und Interferenzkontrastmikroskopie. – Vergrößerung: Die im Mikroskop erreichbare Endvergrößerung ist im Prinzip zwar nahezu unbegrenzt, bringt aber nur soweit Gewinn, als im Primärbild vorhandene Strukturen bis zur Wahrnehmbarkeit durch das menschliche Auge im Okular nachvergrößert werden (förderliche Vergrößerung). Entscheidend für die Qualität eines mikroskopischen Bildes ist also nicht in erster Linie die Endvergrößerung, sondern die Auflösung von Objektstrukturen durch das Objektiv, d.h. die geringstmögliche Distanz von 2 Objektpunkten (d_min), die in der vergrößerten Abbildung noch als 2 getrennte Punkte dargestellt werden. Dieses Auflösungsvermögen des Mikroskops hat eine natürliche, durch die Öffnungsweite (Öffnungswinkel α = Apertur) des Objektivs und letztlich die Wellenlänge (λ) des benutzbaren Lichts bestimmte Grenze (Beugung) und liegt günstigstenfalls für sichtbares Licht bei 0,2 μm ( vgl. Infobox ). – Objektivtypen: Bei Mikroskop-Optiken machen sich in besonderem Maße alle Linsenfehler (Abbildungsfehler) bemerkbar, besonders die sphärische und chromatische Aberration und die Bildfeldwölbung. Die einfachen und billigen achromatischen Objektive (Achromat) mit besonders bei stärkeren Vergrößerungen begrenzter Apertur, dafür aber geringerer sphärischer Aberration und Bildfeldwölbung sind in der Regel nur für die Farbbereiche der stärksten Empfindlichkeit unseres Auges (Gelbgrün; Augenempfindlichkeit, Farbe, Farbensehen) korrigiert, während die aufwendigeren Fluoritobjektive und mehr noch die Apochromaten durch Kombination verschiedener Glassorten (Brechungsindex), namentlich Fluoritgläser, für 3 Farbbereiche chromatisch und sphärisch korrigiert sind und damit höhere Aperturen und eine schärfere Bildzeichnung erlauben. Für mikrophotographische Zwecke dienen vornehmlich die Planobjektive mit besserer Bildfeldebnung, am einfachsten die Planachromate und am aufwendigsten die bis zu 16linsigen Planapochromate. Restfehler werden durch Verwendung entsprechend korrigierter Okulare (Planokulare, Kompensationsokulare) vermindert ( vgl. Abb. 1/3 ). – Mikroskoptypen: Wurden Mikroskopoptiken früher generell auf eine definierte, für die meisten Mikroskope etwa gleiche Tubuslänge und auf gleiche Objektabstände abgestimmt und die Mikroskop-Objektive im wesentlichen zwischen Geräten verschiedener Hersteller ohne großen Qualitätsverlust frei austauschbar, so geht man heute insbesondere bei Forschungsmikroskopen allgemein dazu über, der Berechnung der Objektive eine unendliche Tubuslänge zugrunde zu legen. Dies ermöglicht ohne aufwendige und lichtverzehrende zwischengeschaltete Linsensysteme Eingriffe in den Strahlengang, etwa das Zwischenschalten von Filtersystemen und Meßeinrichtungen. Zudem erleichtert es die Konstruktion von Objektiven mit hohem Arbeitsabstand. Die Objektive sind allerdings zwischen diesen verschiedenen Gerätetypen nicht mehr frei austauschbar. Je nach praktischen Erfordernissen ist die Anordnung der optischen Elemente am Mikroskop variabel. Bei dem im Bereich der Biologie vornehmlich in der Planktologie (Plankton, Meeresbiologie) und Zellbiologie (Cytologie) verwendeten umgekehrten Mikroskop wird das Präparat von unten betrachtet; Tubusträger und Objektive sind unter dem Objekttisch, Lichtquelle und Kondensor über diesem angeordnet. Vergleichsmikroskope und Interferenzmikroskope besitzen jeweils 2 nebeneinander angeordnete Objektive, deren Strahlengänge zur vergleichenden Betrachtung verschiedener Bildfelder oder Objekte in ein geteiltes Gesichtsfeld eingespiegelt werden. Die nur für schwächere, bis etwa 50fache Vergrößerungen geeigneten Präpariermikroskope oder Stereomikroskope (nicht zu verwechseln mit einem binokularen Mikroskop) erlauben durch 2 zueinander geneigte, völlig getrennte Strahlengänge eine beidäugige Betrachtung eines räumlichen Bildes, welches zudem durch ein zwischengeschaltetes Umkehrprismensystem seitenrichtig dargestellt ist. – Geschichte des Mikroskops: Erste Versuche, durch hintereinandergeschaltete Linsen stark vergrößerte Bilder kleiner Objekte zu erzeugen, gehen in das 16. Jahrhundert auf G. Fracastoro (1538) und vor allem auf die beiden holländischen Brillenschleifer H. und Z. Janssen (1590) zurück. 1665 baute R. Hooke in London das erste zusammengesetzte Mikroskop (Entdeckung der „Zellen“ im Kork; vgl. Abb. 2/1 ), das aber wegen der großen Linsenfehler noch keine starken Vergrößerungen erlaubte, während A. van Leeuwenhoek mit einfachen, sorgfältig geschliffenen Linsen bereits bis zu 300fache Vergrößerungen erreichte (Entdeckung der Spermatozoen, Blutkörperchen, Infusorien). Die Entwicklung fester Stative ( vgl. Abb. 2/2 ) und besserer Fokussiermöglichkeiten (E. Culpeper) um die Mitte des 18. Jahrhunderts, ebenso korrigierter Linsenkombinationen (J. und P. Dolland, 1775; J. Ramsden und J. von Fraunhofer, 1815), die Erfindung des Kondensors durch D. Brewster und W.H. Wollaston und die Berechnung stark vergrößernder Objektive, ebenso die Erfindung der Immersion ( vgl. Abb. 1/4 ) durch G.B. Amici (1847) und schließlich die Aufklärung der optischen Gesetzmäßigkeiten bei der Entstehung des mikroskopischen Bildes vornehmlich durch E. Abbe und M. Berek sind die wesentlichen Stationen auf dem Weg zu den heute eingesetzten Hochleistungsmikroskopen. Die Entwicklung neuer optischer Gläser (u.a. durch die Firma O. Schott) ermöglichte seit etwa 1900 die Fertigung farbkorrigierter Objektive. Aperturblende, Binokularmikroskop, ESEM, Fluoreszenzmikroskop, Holographie, Infrarotmikroskopie, Laser-Scan-Mikroskopie, mikroskopische Präparationstechniken, Monochromat, Nahfeldmikroskopie, Nomarski-Interferenzkontrastmikroskopie, Rastermikroskop, Rastersondenmikroskopie, Raster-Tunnelelektronenmikroskop, Röntgenmikroskopie, Standing-Wave-Fluorescence-Microscope, Ultraschall-Mikroskop, Ultraviolettmikroskopie, Video-Mikroskopie.

P.E.

Lit.: Amelinckx, S. (ed.): Handbook of microscopy. Vol. I. Weinheim 1997. Ehringhaus, A.: Das Mikroskop. Stuttgart ⁶1967. Evans: Microscopy, (Chemistry) Enc. of Physical Science and Technology, Vol. 8 New York 1987. Freund, H., Berg, A. (Hrsg.): Geschichte der Mikroskopie. 3 Bde. Frankfurt 1963–66. Gerlach, D.: Das Lichtmikroskop. Stuttgart ²1985. Göke, G.: Moderne Methoden der Lichtmikroskopie. Stuttgart 1988. Leitz: Abbildende und beleuchtende Optik des Mikroskops. Leitz, Wetzlar 1973 (Werksschrift). Möllring, F.K.: Mikroskopieren von Anfang an. Zeiss, Oberkochen 1980 (Werksschrift). Nachtigall, W.: Mikroskopieren: Geräte, Objekte, Praxis. München ²1994. Robenek, H. (Hrsg.): Mikroskopie in Forschung und Praxis. Darmstadt 1995.

Mikroskop

Abb. 1:
1 Aufbau eines Lichtmikroskops, Strahlengang bei Durchlichtbeleuchtung (Köhlersche Beleuchtung). 2 Strahlengang im Lichtmikroskop. 3a achromatisches Objektiv, b Okular (Huygens-Typ). 4 Strahlengang bei einem Trockensystem (a) und einem Immersionssystem (b)

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Abb. 2:
1 Eines der Mikroskope von R. Hooke (aus der „Micrographia“, 1665); 2 Mikroskop von G.Adams, London (um 1790)